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Jun 08, 2024

Die (wirklich) grundlegenden Grundlagen der Abkantpresse

Stellen Sie sich vor, Sie wissen nichts über Blech und es ist Ihr erster Tag in der Abteilung für Abkantpressen. Wo fängst du an? Nun, die Grundlagen. Getty Images Es ist Ihr erster Arbeitstag und Sie trainieren

Stellen Sie sich vor, Sie wissen nichts über Blech und es ist Ihr erster Tag in der Abteilung für Abkantpressen. Wo fängst du an? Nun, die Grundlagen. Getty Images

Es ist Ihr erster Arbeitstag und Sie absolvieren eine Ausbildung zum Abkantpressenbediener. Neben jeder Abkantpresse sieht man einige Werkzeuge auf einem Wagen. Auf manchen Maschinen sieht man Bediener, die einen einzelnen Werkzeugsatz verwenden, während man auf anderen sieht, wie Menschen mehrere Werkzeugsätze an der Maschine einrichten.

Die Bedienung mag recht einfach erscheinen. Ein Bediener nimmt ein Stück Blech oder Platte und schiebt es zwischen zwei Werkzeuge. Sie sehen, wie sich das obere Werkzeug (der Stempel) zum unteren Werkzeug (der Matrize) senkt, um das Teil zu biegen. Keine große Sache, oder?

Falsch. Tatsächlich ist das Biegen aufgrund der Vielzahl an Vorgängen einer der kompliziertesten und am wenigsten verstandenen Prozesse in der Metallherstellung. Und alles beginnt damit, wie Stempel und Matrize der Maschine mit dem Blech interagieren.

Seit Jahren hören die FABRICATOR-Redakteure den Meinungen von Führungskräften in der Metallverarbeitung zu, dass es an erfahrenen Talenten mangelt, und stellen daher Neulinge ein, Leute, die noch nie in der Blechbearbeitung gearbeitet haben, vielleicht auch nie in irgendeiner Funktion in der Fertigung. Einige sagen, sie müssten ihren Einsteigern beibringen, wie man ein Maßband liest.

Viele in dieser Branche fangen bei Null an, was bedeutet, dass Unternehmen nicht nur als Arbeitgeber, sondern auch als Lehrer fungieren – und neben dem Schweißen bleibt das Blechbiegen an der Abkantpresse einer der am schwierigsten zu lehrenden Prozesse.

In einer Bremsenabteilung kann es zwei Arten von Neulingen geben: Die eine ist die Person, die einfach nur eine Abkantpresse bedienen, ausstempeln und nach Hause gehen möchte. Das ist in Ordnung, aber was folgt, ist wahrscheinlich nichts für ihn. Eine andere Art, der neugierige Neuling, könnte den Funken Interesse haben, der ihm oder ihr eines Tages dabei helfen könnte, die Karriereleiter hinaufzusteigen und zum Bremsleiter oder Vorgesetzten oder zumindest zum informellen Leiter und technischen Guru aufzusteigen.

Dennoch beginnt das Folgende mit den extremen Grundlagen, etwa der Definition, was ein „Biegeradius“ wirklich ist. Von dort aus gibt es einen kurzen Vorgeschmack auf einige grundlegende Konzepte. Sie werden weder Formeln noch konkrete Best Practices finden. Für diese kann sich der Neuling an unsere monatliche Kolumne „Grundlagen zum Biegen“ von Steve Benson, dem Biege-Guru von The FABRICATOR, sowie an sein gleichnamiges Buch wenden, das von der Fabricators & Manufacturers Association veröffentlicht wurde. Wenn Sie ein erfahrener Biege-Guru sind, ist dieser Artikel überhaupt nichts für Sie, könnte sich aber an den neuen Mitarbeiter richten, den Sie vielleicht ausbilden.

Einige Ingenieure in dieser Branche erzählen, wie sie von einem Kunden ein solides CAD-Modell eines Blechteils erhalten, eine Biegung sehen und feststellen, dass es überhaupt keinen Radius gibt. Moderne Software hat dazu geführt, dass dies seltener vorkommt, aber es ist ein Beweis dafür, wie ungewohnt das Biegen von Blechen selbst für diejenigen in der Fertigung ist. Hier also die grundlegendsten Grundlagen.

Jede Biegung hat einen Winkel und einen Radius. Der Biegewinkel ist intuitiv. Wenn Sie sich jedoch Teilezeichnungen ansehen und geformte Teile messen, müssen Sie wissen, ob der angegebene Winkel innerhalb oder außerhalb der Biegung liegt (sieheAbbildung 1).

Aber wie sieht es mit dem Radius aus? In der Metallverarbeitung wird der Begriff „Radius“ verwendet, um Kurven in Blechen und Platten sowie die zu ihrer Herstellung verwendeten Werkzeuge zu beschreiben. Denken Sie an die Geometrie der Mittel- und Oberstufe zurück: Zeichnen Sie einen Kreis, platzieren Sie einen Punkt in der Mitte und zeichnen Sie von diesem Punkt aus eine gerade Linie zum Rand. Der Abstand dieser Geraden ist der Radius. Je kleiner der Radius (je kürzer die Linie), desto kleiner wird der Kreis und desto schärfer wird die Kurve des Kreises.

ABBILDUNG 1Ein angegebener Biegewinkel kann entweder innen (zwischen den beiden Schenkeln der Biegung) oder außen (außerhalb der Biegung) sein.

In einigen Zeichnungen sehen Sie möglicherweise eine Biegung mit einem bestimmten Radius. Wenn Sie beispielsweise R .120 mit einem Pfeil sehen, der auf die Innenseite einer Biegung zeigt, bedeutet das, dass die Biegung einen inneren Biegeradius (d. h. den Radius entlang der Innenfläche der Biegung) von 0,120 Zoll haben sollte. Der Radius ist nicht der Abstand zwischen Beginn und Ende der Biegung (es gibt einen anderen Begriff dafür). Stellen Sie sich stattdessen vor, Sie zeichnen einen Kreis mit einer Kante, die die Kurve der Biegung überlappt (sieheFigur 2 ). Dieser Kreis (und damit diese Biegung) sollte einen inneren Biegeradius von 0,120 Zoll haben.

Wenn sich eine Abkantpresse biegt, dehnt sich das Metall geringfügig aus. Dies hängt mit der Art der Kompression und Ausdehnung des Blechs oder der Platte beim Biegen zusammen. Berücksichtigen Sie den Querschnitt der Blechdicke inFigur 3. An der Außenseite der Biegung kommt es zu einer Ausdehnung, an der Innenseite zu einer Kompression, und die Wechselwirkung dieser Kräfte zieht die neutrale Achse – die Grenze zwischen Kompression und Ausdehnung – in Richtung des inneren Biegeradius. Abkantpressenprofis definieren diese Verschiebung als den k-Faktor, und es ist diese Verschiebung, die dazu führt, dass sich Metall verlängert oder wächst.

Profis (und moderne Software) nutzen den k-Faktor und andere Variablen, um diese Verlängerung zu berücksichtigen. Dazu gehört die Berechnung der Biegezugabe (Länge der neutralen Achse der Biegung) und des Biegeabzugs – also des Betrags, den Sie von den ursprünglichen Abmessungen abziehen, um diese Dehnung zu berücksichtigen, sodass beim Biegen des Stücks seine Abmessungen „anwachsen“. die gewünschte Größe.

Wenn Sie ein absoluter Neuling sind, geht das wahrscheinlich etwas zu sehr ins Unkraut. Aber zu wissen, was mit Metall passiert, wenn es sich biegt, zumindest im allgemeinen Sinne, ist ein guter Ausgangspunkt, um mehr zu erfahren.

Wenn Sie sehen, wie ein Bediener ein lasergeschnittenes oder gestanztes Blechstück (manchmal auch Rohling genannt) aufnimmt, schiebt er es zwischen Stempel und Matrize gegen die Hinteranschlagfinger oder Anschläge, die den Rohling zum Biegen an der richtigen Stelle halten . Wenn das Werkstück nicht stabil an den Anschlägen anliegt oder etwas mit der Position der Hinteranschlagfinger nicht stimmt, geht das Biegen mit Sicherheit schief.

Die Form dieser Werkzeuge – des Oberstempels und der Untermatrize – bestimmt teilweise, wie das Biegen erfolgt. Herkömmliche Stempel haben einen Stempelspitzenradius (je kleiner der Radius, desto schärfer der Stempel) und einen Stempelwinkel. Die untere V-Matrize verfügt über eine Matrizenöffnung (auch V-Öffnung oder Matrizenbreite genannt). Der Winkel dieses V ist der Matrizenwinkel, und der Übergang in diese V-Öffnung wird als Matrizenschulterradius bezeichnet (sieheFigur 4).

Schauen Sie sich im Laden um und Sie werden Stempel in verschiedenen Formen sehen, und bei den meisten von ihnen können Sie wahrscheinlich erkennen, wo der Winkel ist. Dabei handelt es sich um den Winkel des Metalls, der zur Stempelspitze führt, wo der Stempel das Metall berührt. Aber wenn Ihre Werkstatt große Werkstücke mit großen Radien biegt, sehen Sie möglicherweise auch runde Stempel; Anstelle einer winzigen Stempelspitze befindet sich am Ende des Stempelkörpers ein großer runder Stab. Wie groß ist also der Schlagwinkel? Sofern es nicht in irgendeiner Weise angepasst wird, haben große runde Stanzer effektiv einen Stanzwinkel von 90 Grad (sieheAbbildung 6).

Der Bediener leitet die Biegung ein und wie der Rohling mit Stempel und Matrize interagiert, hängt von der verwendeten Biegemethode ab. Der Anfang des Biegezyklus ist unabhängig von der Biegemethode derselbe: Die Stempelnase drückt das Blech in die Matrizenöffnung und schiebt es über die Matrizenschulterradien auf beiden Seiten des V.

Von hier aus hängt die Biegewirkung jedoch davon ab, welche Biegemethode verwendet wird. Wenn Sie bei einem Generalhersteller an einer alten Abkantpresse arbeiten, könnte es sein, dass Sie am Boden sind (sieheAbbildung 7 ). Die Stempelnase drückt das Blech, bis es am unteren Rand der Matrize „aufsitzt“, drückt dabei den Stempelnaseradius in die Biegung und drückt das Blech gegen den Matrizenwinkel. Beim Senken bestimmt der Stempelspitzenradius den Innenbiegeradius und der Gesenkwinkel Ihren Biegewinkel.

Natürlich führen die meisten Werkstätten heutzutage Luftbiegen durch, manchmal auch Luftformen genannt (sieheAbbildung 8 ). Bei dieser Methode bestimmt die Matrizenöffnung und nicht der Stempelspitzenradius den inneren Biegeradius. Konkret wird der Biegeradius als Prozentsatz der Matrizenöffnung angegeben. Beim Luftbiegen gilt: Je größer die Matrizenöffnung, desto größer der Radius, den Sie erzielen. Sicher, die Stempelspitze kann die Luftformung beeinflussen, insbesondere wenn sie für die jeweilige Aufgabe zu klein oder zu groß ist, aber sie spielt normalerweise keine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Biegeradius.

FIGUR 2 Hier ist eine Reise zurück zur Grundgeometrie. Der Biegeradius ist nicht die Länge entlang der Biegefläche, sondern der Radius der Biegung, wie gezeigt.

Breitere Matrizen reduzieren auch die Biegekraft, die Sie zum Erzeugen der Biegung benötigen (d. h. die Umformkraft). Dickere Materialien erfordern zum Biegen mehr Kraft und erfordern daher normalerweise größere Abkantpressen mit größeren Matrizenöffnungen. Wählen Sie eine Matrizenöffnung, die für die jeweilige Aufgabe zu eng ist, und Sie riskieren Schäden an Ihrer Maschine, Ihren Werkzeugen und sich selbst.

Auch beim Luftbiegen haben Stempel- und Matrizenwinkel keinen direkten Einfluss auf den Biegewinkel. Stattdessen wird der Biegewinkel dadurch bestimmt, wie weit die Stempelspitze in die Matrizenöffnung eindringt, was manchmal auch als Eindringtiefe bezeichnet wird.

Die Matrizenöffnung bestimmt auch Ihre minimale Flanschlänge – also die engste Biegung, die Sie mit Ihrem Werkzeug herstellen können (siehe Abbildung 7). Grundsätzlich muss das Werkstück stabil auf den Gesenkschultern sitzen. Andernfalls fällt das Werkstück in den Matrizenraum, sobald der Stempel beginnt, nach unten zu drücken.

Wenn Sie beim Luftbiegen einen engeren Gesenkwinkel wählen, können Sie die Eindringtiefe erhöhen, um der Rückfederung Rechnung zu tragen. Dabei handelt es sich um die Tendenz des Blechs, leicht aufzuspringen, nachdem der Stempel den Biegedruck freigegeben hat. Mit einem engeren Gesenkwinkel können Sie auch einen schmaleren Flansch biegen, d.

Sie werden wahrscheinlich die Profis um Sie herum sagen hören, dass sie Matrizenöffnungen wählen, die ein Vielfaches der Materialstärke betragen. Es gibt alternative Möglichkeiten, die beste Matrize für die jeweilige Aufgabe auszuwählen, und die Berechnungen variieren je nach Materialstärke, Festigkeit und zahlreichen anderen Faktoren. Aber das Fazit lautet: Wenn Menschen sich für eine Matrize entscheiden, möchten sie eine wählen, die ihnen dabei hilft, das Werkstück optimal zu formen und gleichzeitig die Umformtonnage sicher unter den Grenzen dessen zu halten, was die Maschinen und Werkzeuge bewältigen können.

An Ihrem ersten Arbeitstag sehen Sie, wie Bediener Stempel und Matrizen aus Karren ziehen. Was sind das für Werkzeuge? Nun, das hängt von der Art der Biegung ab, die Sie durchführen, und ein verräterisches Zeichen kann die Art und Weise sein, wie die Bediener ihre Teile messen. Wenn Sie nur Maßbänder sehen, ist die Wahrscheinlichkeit ziemlich groß, dass die Bremse keine Präzisionsarbeit verbiegt. Wenn der Biegewinkel innerhalb eines Viertelzolls liegt, ist das Teil völlig in Ordnung, und die Kunden sind wahrscheinlich auch nicht wählerisch, was den Innenbiegeradius angeht.

Bei diesen Vorgängen sehen Sie möglicherweise gehobelte Werkzeuge, die nach ihrer Herstellung benannt sind, mit einem Hobel. Diese Werkzeuge sind in langen Segmenten erhältlich, die unverändert verwendet oder auf kürzere Längen zugeschnitten werden können. Wenn sie geschnitten werden, müssen sie beschriftet werden, damit sie bei Bedarf längerer Werkzeuge in der exakten Reihenfolge und Ausrichtung wieder zusammengesetzt werden können, in der sie geschnitten wurden. Wenn Sie die Teile nicht richtig zusammenfügen, können die Werkzeuge erhebliche Genauigkeitsprobleme verursachen (sieheAbbildung 9).

Wenn Sie digitale Messschieber und Radiusmessgeräte sehen, ist es wahrscheinlich, dass es sich bei der Bremse um Präzisionsarbeit beim Biegen handelt, die normalerweise präzisionsgeschliffene Werkzeuge erfordert, die fast immer in kurze Abschnitte segmentiert sind. Diese Werkzeuge werden mit außerordentlich engen Toleranzen gefertigt.

Die Werkzeuge der Branche werden in mehrere allgemeine Kategorien eingeteilt, darunter amerikanische Werkzeuge, Werkzeuge im europäischen Stil, Werkzeuge nach neuem Standard und andere. Ein Unterschied zwischen ihnen besteht darin, wie die Werkzeuge an der Abkantpresse befestigt sind und wie die Biegekraft durch sie fließt. Die verschiedenen Werkzeugtypen haben ihre Vor- und Nachteile. Als Neuling müssen Sie sich nicht in die Tiefe stürzen, aber es ist gut zu wissen, welchen Typ Ihre Werkstatt verwendet, wie sie richtig an der Maschine montiert werden und welche Auswirkungen es hätte, wenn die Werkzeuge umgedreht würden (sieheAbbildung 10).

Warum sollten Sie ein Werkzeug umkehren müssen? Das hängt von der Biegefolge bzw. der Biegefolge ab, die Sie zum Formen des gesamten Werkstücks benötigen. Einfache Klammern können eine oder zwei haben; Komplexe Werkstücke können aus einem halben Dutzend oder mehr bestehen.

FIGUR 3Der k-Faktor beschreibt die Neutralachsenverschiebung des Materials beim Biegen.

Wenn Sie so viele Biegungen durchführen, müssen Sie eine Reihenfolge verwenden, die verhindert, dass Sie mit zuvor gebogenen Teilen des Werkstücks kollidieren. Schlagarten gibt es zuhauf, undAbbildung 11 zeigt drei davon. Der richtige Stempel kann Ihnen helfen, Kollisionen mit zuvor geformten Teilen des Werkstücks zu vermeiden.

Beispielsweise kann der richtige Schwanenhals dabei helfen, eine Kollision mit einem zuvor geformten Flansch zu vermeiden. Drehen Sie den Schwanenhals so, dass er in die andere Richtung zeigt, und Sie haben eine Konfiguration, die eine Kollision mit zuvor geformten Teilen vermeiden kann. Für bestimmte Teile benötigen Sie möglicherweise sogar Fensterstanzen oder Stanzen mit aus dem Werkzeugkörper ausgeschnittenen Fenstern, um Platz für zuvor geformte Flansche zu schaffen.

Teile mit mehreren Biegungen erfordern möglicherweise auch Matrizen mit unterschiedlichen V-Öffnungen. Doppel-V-Matrizen bieten Ihnen zwei verschiedene Matrizenöffnungen an einem Werkzeug, während Vier-Wege-Matrizen (die von der Seite betrachtet wie ein X aussehen) vier verschiedene Matrizenbreiten bieten – oder soAbbildung 12 Shows, manchmal mehr. Wenn Sie eine andere Matrizenöffnung benötigen, blättern Sie auf die Seite, die Sie benötigen.

Möglicherweise sehen Sie auch eine Vielzahl nicht standardmäßiger Werkzeuge, die bestimmte Formen im Metall formen. Sie können sogar Werkzeuge mit Urethankomponenten verwenden, die das Werkstück vor Beschädigungen schützen und manchmal den Umformprozess unterstützen können. Denken Sie noch einmal an den runden Schlag. Beim Biegen der Platte neigt diese dazu, sich vom Stempel zu lösen, ein Phänomen, das als Mehrfachbruch bezeichnet wird. Ein Urethan-Pad an der Unterseite der Matrize kann dem entgegenwirken. Die Bewerbung imAbbildung 13zeigt ein Urethanpolster, das in einer sogenannten entlasteten Matrize platziert ist, wo der Matrizenwinkel weggeschnitten ist, damit der Stempel tiefer absinken kann, um die Rückfederung zu überwinden und den gewünschten Winkel zu bilden.

Schauen Sie sich in der Werkstatt um und Sie werden vielleicht einige Maschinen mit nur einem Stempel und einer einzigen Matrize sehen, während bei anderen möglicherweise mehrere Werkzeuge über das Abkantpressenbett verteilt sind. Wenn die Bediener diese richtig einrichten, können sie Stufenbiegen durchführen, d. h. ein Teil durch mehrere Biegungen auf einer Maschine führen.

Die Setups sehen einfach aus, sind es aber nicht. Zum einen müssen alle Werkzeuge in diesem Aufbau die gleiche Schließhöhe oder den Raum zwischen dem Stößel (direkt über den Werkzeugen) und dem Bett (unter den Werkzeugen) am unteren Ende des Hubs haben. Das Einrichtungspersonal verwendet möglicherweise Werkzeuge, die für gängige Schließhöhen ausgelegt sind, oder es verwendet Unterlegscheiben und Steigrohre, um jede Matrize anzuheben, um sie an den entsprechenden Stempel anzupassen (sieheAbbildung 14).

Solche Setups sind dank moderner Software, die die Bewegung des Hinteranschlags programmiert und komplizierte Biegesequenzen simuliert, immer häufiger anzutreffen. Früher mussten Bediener manuell eine Handkurbel drehen, um einen Hinteranschlagfinger in die richtige Position zu bewegen. Und diese Positionen waren begrenzt, was wiederum die Möglichkeiten der Bediener einschränkte, das Werkstück vor Beginn jeder Biegung gegen den Hinteranschlag zu schieben. Jetzt bewegt die Maschine den Hinteranschlag in die gewünschte Position. Für einige Teile sind immer noch kreative Messlösungen erforderlich, aber es genügt zu sagen, dass die Hinteranschlagfinger viel leistungsfähiger sind als früher.

Wenn Sie ein Neuling sind oder in der Fertigung gearbeitet haben, aber gerade erst in der Abteilung für Abkantpressen angefangen haben, steigen Sie in eine aufregende Zeit in das Blechbiegen ein. Ihre Abteilung verfügt möglicherweise über ein paar ältere Maschinen und eine Reihe glänzender neuer Maschinen, Maschinen, die Ihnen 3D-Simulationen der Biegesequenz liefern, Ihnen genau sagen, wo Sie Werkzeuge platzieren müssen, und die die Werkzeuge sogar für Sie platzieren.

Allerdings ändert all diese beeindruckende Ausrüstung nichts an der Physik des Biegens. Wenn Neulinge lernen, was wirklich passiert, wenn sich Metall biegt – ein Teil der Grundgrammatik der Metallverarbeitung –, können sie eine solide Grundlage für eine lange, erfüllende Karriere schaffen.

Anmerkung der Redaktion:Die Informationen für diesen Artikel stammen teilweise aus Bending Basics von Steve Benson.